鼓形齿联轴器的毕业设计

1、鼓形齿联轴器的毕业设计 目 录 前言 绪论 第一章 概述 1.1 联轴器的功用 1.2 联轴器的特点 第二章 选择联轴器的类型 2.1 联轴器的分类 2.2 选择联轴器应考虑的因素 2.3 鼓形齿联轴器的特点 2.4 ZWG 型鼓形齿联轴器 第三章 ZWG型鼓形齿联轴器的尺寸给定 3.1 型式、基本参数和主要尺寸 3.2 其型式、基本参数和主要尺寸应符合规定 第四章 鼓形齿联轴器的强度 第五章 CAD/CAM 建模及数控编程 5.1 走刀轨迹及程序 第六章 结论与展望 参考文献 致谢?33?37?530?26?26?14?14?11?4?6?3?3?3?4?16?2?20?1818?18?23

2、?34常州工学院 第? 2?页 共? 34?页 鼓形齿联轴器的设计 前言 三年的大学生涯即将结束,最后的学习任务就是毕业设计。 设计就是根据任务书将学习到的基础知识、 专业理论知识和实践知识相结合应用 的过程,也是我们回顾、总结这三年所学知识的过程。前面再加上“毕业”这两字, 它的能力要求就更高了。这次毕业设计的课题是厚板轧机联轴器,这是为了特定的要 求而进行的,尽管设计的难度很大,但掌握相关机械设计的基本理论和正确的方法是 我学们专业的学生理所应该具备的能力。 随着我国经济的发展,大直径轧管机需求增加,其主传动使用联轴器的要求也越 来越高,满足该要求的联轴器有十字式万向联轴器和大转矩鼓形齿式

3、联轴器,其中十 字式万向联轴器转矩可以达到,但承载冲击性能差、寿命短,这是一个很大的缺点; 大转矩鼓形齿式联轴器承载冲击性能好,但齿面接触应力和齿根弯曲疲劳强度要求 高,如果我们采取特殊结构、特殊材料、特殊工艺,那么该联轴器就能够满足大直径 轧管机的要求。目前国内轧机用的标准联轴器无法满足要求,只达到需求转递转矩的 1/21/3,国外联轴器专业制造商可以满足要求,但由于它采用专门的技术,再加上 制造难度大,所以价格特别昂贵。一台轧管机需要 10 套左右,再加上备件外购费用 很大。2000 年太原重工成功的为 159 轧管机组设计出了大转矩三段弧形齿式联轴 器,制造费用只有进口价的 1/41/5

4、(16.7 万元/每套)。 根据设计任务书我查阅了相关的资料,并对其进行汇总、整理、综合。然后进行 联轴器的选用及计算、齿接触应力、弯曲强度和铰孔螺栓的剪切强度校核。在给定了 相关设计零件的尺寸后,用 AUTOCAD 进行设计和绘制全部零件(内齿圈、端盖、外齿 轴套等)的平面图和装配图,并安排合理的技术要求,给出一些匹配零件。最后是零 件的 CAD/CAM 建模及编程。经过以上这些工作之后,联轴器的设计就完成了。 作为一种传动装置的鼓形齿联轴器是由普通直齿联轴器发展演变而来的, 鼓形齿联轴 器在国外许多先进的工业国家已有种种标准及系列产品, 由两个鼓形外齿套与一对直 齿内齿齿圈等零件组成。靠内

5、,外齿的啮合传递转矩,并通鼓形外齿套的直齿的内齿 圈的轴线摆动(称角向位移)来补偿俩传动轴线的相对偏移。齿长方向的鼓度越大, 其角向位移越大,最大达 6,一般使用推荐 11.5,而旧的齿轮联轴器只允许 0.5;从弯曲强度和承载能力来看,在相同的工作条件下鼓形齿联轴器传递扭矩可 提高 1520%。齿长方向的鼓度,使齿对接触情况较好,因此鼓形齿式联轴器有传动 能力大、角位移大、传动平稳、效率高、寿命长等优点。因此逐步取代直齿联轴器, 并广泛用于冶金机械,重型、矿山机械,起重、运输机械等传动。鼓形齿联轴器的设计 第? 3?页 共? 34?页 绪论 鼓形齿联轴器,具有结构紧凑、回转半径小、传递转矩大和

6、较大的角向补偿量等 特点。其中传递转矩与 CL 系列直齿联轴器相比提高 50%以上,是一种先进的鼓形齿 式联轴器。 第一章 概述 1.1 联轴器的功用 联轴器(COUPLING)是联接两轴或轴和回转件、在传递运动和动力过程中一起回 转而不脱开的一种装置,是机械设备传动轴系中应用量大、面广的通用部件。 用于冶金、重型、矿山、工程、石油、化工、船舶、交通、起重运输、通用、纺 织、轻工、农业、印刷机械和水泵、风机、机床等机械设备传动轴系中的联轴器,主 要功能有传递扭矩;而应用于精密机械以及某些操纵、控制机构的联轴器,主要功能 则是传递精确的运动。 在传动轴系中机械振动、冲击、轴线偏差等不利因素,只有

7、通过联轴器才能得到 改善和补偿,由此可见联轴器在传动轴系中的重要作用。科学的设计、合理的选用联 轴器,不仅能延长联轴器的使用寿命,而且能改善传动轴系工作性能,保证传动轴系 正常工作。 联轴器是机械通用基础部件, 品种、 型式很多。 但任何联轴器都不可能是万能的, 每一个品种、型式(包括不同元件材质和结构形状)的联轴器都有其适用范围,选用 时应予注意。 1.2 联轴器的特点 各种工况联轴器的结构形式很多,在选择品种、型号、规格前,应考虑联轴器用 于何条件。如工作环境的温度、湿度;是否有粉尘、油、酸、碱等物质、并根据不同 的工况条件和环境选用不同材质,同时工况条件还应考虑启动是否频繁。 由于制造和

8、安装不可能绝对精确,以及工作受载时基础、机架和其它部件的弹性 变形与温差变形,联轴器所联接的两轴线不可避免的要产生相对偏移。 两轴相对偏 移的出现,将在轴、轴承和联轴器上引起附加载荷,甚至出现剧烈振动。因此,联轴 器还应具有一定的补偿两轴偏移的能力, 以消除或降低被联两轴相对偏移引起的附加 载荷,改善传动性能,延长机器寿命。为了减少机械传动系统的振动、降低冲击尖峰 载荷,联轴器还应具有一定的缓冲减震性能。 考虑载荷性质、联接方式是选择联轴器类别的重要因素;选用和设计联轴器都应 以联轴器的传递扭矩作为主要参数来考虑。常州工学院 第? 4?页 共? 34?页 第二章 选择联轴器的类型 2.1 联轴

9、器的分类 根据传递载荷的大小,轴转速的高低,被联接两部件的安装精度等,参考各类联 轴器特性,一种合用的联轴器类型。具体选择有以下几种: 2.1.1 刚性联轴器 刚性联轴器不具有补偿被联两轴轴线相对偏移的能力,也不具有缓冲减震性能; 但结构简单,价格便宜。只有在载荷平稳,转速稳定,能保证被联两轴轴线相对偏移 极小的情况下,才可选用刚性联轴器。 这类联轴器有套筒式、夹壳式和凸缘式等。图 2-1(a)是普通的凸缘联轴器, 通常是靠铰制孔用螺栓来实现两轴对中;图 2-1(b)是有对中样的凸缘联轴器,凸 缘联轴器可作成带防护边的(图 2- 1c)。由于凸缘联轴器属于刚性联轴器,对所 联两轴间的相对位移缺

10、乏补偿能力.对两轴对中性的要求很高。当两轴有相对位移存 在时,就会在机件内引起附加载荷。但由于构造简单、成本低、可传递较大转矩,故 当转速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好时亦常采用。 图 2-1 凸缘联轴器 2.1.2 挠性联轴器 这种联轴器具有一定的补偿被联两轴轴线相对偏移的能力, 最大量随型号不同而 异。 1.无弹性元件的挠性联轴器 无弹性元件的挠性联轴器承载能力大,但也不具有缓冲性能,在高速或转速不稳 定或经常正、反转时,有冲击噪声。适用于低速、重载、转速平稳的场合。 a.十字滑块联轴器鼓形齿联轴器的设计 第? 5?页 共? 34?页 这类联轴器因具有挠性,故可补偿两轴的相对位移。但因

11、无弹性元件,故不能缓 冲减振。常用的有以下几种: (1)十字滑块联轴器 如图 2-2 所示,十字滑块联轴器由两个在端面上开有凹槽的半联轴器 1、3和一 个两面带。 图 2-2 十字滑块联轴器 这种联轴器零件的材料可用 45 号钢,工作表面须进行热处理,以提高其硬度; 要求较低时也可用 Q275 钢,不进行热处理。为了减少摩擦及磨损,使用时应从中间 盘的油孔中注油进行润滑。 因为半联轴器与中间盘组成移动副,不能发生相对转动,故主动轴与从动轴的角 速度应相等。 但在两轴间有相对位移的情况下工作时; 中间盘就会产生很大的离心力, 从而增大动载荷及磨损。因此选用时应注意其工作转速不得大于规定值。 这种

12、联轴器一般用于转速 n2.5 计算转矩 Tc也可根据各专业的计算方法得到。 根据计算转矩 Tc值,及设计任务书中给定的许用转速值,查阅鼓形表,初定型 号为 12规格的基本型鼓形齿联轴器 2.4.4 代号表示方法 ZWG 。 。00( ? ) 轴孔型式代号 联轴器规格序号(0121) 产品编号(由产品分类号和产品 设计顺序号确定) 联轴器型式代号(基本型无代号) D?单面法兰型 Z?带制动轮型 P?带制动盘型 鼓形齿式联轴器 2.4.5 标记示例 根据任务书中给定的许用转速和公称扭矩要求,选择 12 规格的基本型鼓形齿联 轴器:例: 产品编号 A7352 选用 12 规格基本型鼓形齿式联轴器 主

13、动端:Y型轴孔,A型键槽 d150 Ly252 从动端:Y型轴孔,A型键槽 d150 Ly252 鼓形齿联轴器 150 252 ZWG7352.12.00( ? )?Y?Y常州工学院 第? 18?页 共? 34?页 第三章 ZWG 基本型鼓形齿式联轴器尺寸给定?3.1?型式、基本参数和主要尺寸?ZWG型?基本型鼓形齿式联轴器? 如图 3?1所示?3.2?其型式、基本参数和主要尺寸应符合规定?3.2.1主要尺寸 经过查阅鼓形表,得出 12规格鼓形齿式尺寸如下:?B406Ly252 Cy8?D448D1370? D2286 d150?3.2.2 主要参数 产品编号?A7352选用 12规格的基本型

14、鼓形齿式联轴器 主动端:Y型轴孔,A型键槽? d150 Ly252?从动端:Y型轴孔,A型键槽? d150 Ly252?鼓形齿联轴器? 150?252? ZWG7352.12.00( ? ) 根据计算及查表,确定主要鼓形的基本参数见表 3?1?表3?1 参数规格 参 数 名 称 代号 数值 模 数 m 6 mm 齿 数 z 52 分 度 圆 压 力 角 20 外 齿 轴 套 宽 度 b 50 作 用 力 至 根 圆 距 离 h 1.5 m 刀 具 位 移 圆 半 径 R 121?Y?Y鼓形齿联轴器的设计 第? 19?页 共? 34?页 图?3?1 ZWG?型鼓形齿式联轴器外型 步骤 说明与理由

15、 结果常州工学院 第? 20?页 共? 34?页 第四章 鼓形齿联轴器强度计算 步骤 说明与理由 结果 鼓形齿联轴器是近二十多年来发展迅速并得到广泛应 用的一种联轴器,是由普通直齿联轴器发展演变而来的,其 主要区别在于外齿轴套齿面是呈鼓形的, 从角度补偿方面最 大可达 6,一般使用推荐 11.5,而旧的齿轮联轴器 只允许 0.5;从承载能力方面来讲,承载能力在相同条件 下可提高 1520%。 鼓形齿联轴器的薄弱环节在齿部, 主要是齿的接触应力 H,轮齿的弯曲强度一般都足够。另外连接内齿圈的铰孔 螺栓的规格及数量都由设计给定,其剪切强度应足够。根据 设计任务书符合设计要求,但为了设备安全运行,下

16、面对所 做系列的联轴器的齿接触应力、 弯曲强度及铰孔螺栓的剪切 强度作一校核计算。 一.鼓形齿的 接触应力 接触应力H 0.418 式中:E ? 材料弹性模量 E 2.110 6 kgf / cm 2 2110 4 N / mm 2 1? 外齿齿面曲率半径 mm 1? a?tg?R?R 为刀具位移圆半径 1?20?121?tg?332?Fn? 一个齿承受的平均法向力?Fn?根据计算得出: 外齿齿面曲率 半径为 332mm?h?FnE?1 r a a? cos?2?cos?2?2?kmz?Tn?kdz?Tn 鼓形齿联轴器的设计 第? 21?页 共? 34?页 式中:Tn? 联轴器转矩? N?mm

17、?(根据查鼓形表得 Tn80000000N?mm)?m? 齿轮模数? mm?6?z? 齿轮齿数? ?52? ? 压力角(为?20) k ? 承载系数(承载齿数/总齿数 取 k 0.75Fn?13993 N 由此可得出: H?0.418?0.418?255?N?mm?2?鼓形齿联轴器内齿圈和外齿轴套材料都为?42CrMo,当调质硬度为 HB246286时, 许用接触强度 为 H350N/mm 2 ,当调质硬度为?HB302341?时, 许用接触强度为H400N/mm 2 , 上述计算H 均小于 H,接触强度满足要求。 根据查表得 k 0.75 计算出一个 齿承受的平 均法向力 为 13993?N

18、?由公式计算 出: ? H? 255?N?mm?2 a a? cos?2?cos?2?2?kmz?Tn?kdz?Tn ?h?FnE?1 r?20?cos?52?6?750?80000000?2?251?332?210000?13993常州工学院 第? 22?页 共? 34?页 步骤 说明与理由 结果 二.弯曲强度 一般齿轮传动中,齿轮同时工作的齿对只有一对或两对。 而鼓形齿联轴器与一般齿轮传动不同,若由于制造误差等影 响,而使载荷集中在一对齿上,这对齿受力发生变形后,另 一些齿对就很快接触,很快就几乎使全部齿对接触。所以, 分担在每一个齿上的作用力相对减少。弯曲应力不会造成齿 的折断,一般是由

19、于接触疲劳致使轮齿失效,所以一般设计 按接触应力计算,按弯曲应力验算。(所以按接触疲劳应力计 算,而验算弯曲应力) 弯曲应力:w Mt ? 弯矩?Mt?Ft?h ?Fn?h?cos?0.94?Fn?h?0.94139931.5?118382?N?mm?W ? 抗弯模量 mm 3 W 式中:b ? 齿宽 mm (外齿轴套的齿宽) h ? 作用力至跟圆距离 mm h 1.5 m Fn ? 一个齿承受的平均法向力 s ? 根圆处齿厚 mm 652 8.855mm 计算出弯矩 为 118382 N?mm 查表得出 h 1.5 m 所以计算出 根圆处齿厚 为 8.855mm?6?2?bs?W?Mt?20

20、?cos?52?90?sin a?cos?90?sin?z?mz?s 鼓形齿联轴器的设计 第? 23?页 共? 34?页 步骤 说明与理由 结果 三.铰孔螺栓 剪切强度 鼓形齿联轴器内齿圈和外齿轴套材料都为 42CrMo, 当调 质硬度为 HB302341时,许用强度b不小于 340N/mm 2 ,此 值大于w 计算值。故弯曲强度满足要求。 所选规格鼓形齿联轴器螺栓剪切强度计算: 螺栓 GB27?88 螺栓强度级别: 8.8 螺栓最小屈服强度: s640 N/mm 2 螺栓抗拉强度: b800 N/mm 2 螺栓孔分布图形如下: 根据弯曲应 力公式得出 抗弯模量 W 为 653.4 mm 3常

21、州工学院 第? 24?页 共? 34?页 步骤 说明与理由 结果 螺栓工作时承受纯剪, 其剪切应力 应满足: ? ?14?2 t p t ?n?Fd?其中?2?.2?/?D?T?F ? ?35 s t? s 上式中F?所有螺栓承受的圆周力 N T?联轴器传递的转矩 N?m ; D?螺栓孔分布圆直径 mm ; ?许用剪应力? 2?/mm?N? ; s?螺栓的屈服强度? 2?/mm?N? ; d?螺栓受剪直径 mm ; n?螺栓数量。 ? 2?/?128?5?640?5?mm?N?s s t?2?/?D?T?F ?2?/?413?80000000 392500 N t p t ?n?Fd?2?4?

22、n?Fd ?2?4 p 40? 2?/mm?N?F392500 N t 40?2?/mm?N?5鼓形齿联轴器的设计 第? 25?页 共? 34?页 步骤 说明与理由 结果 计算剪切应力 全部小于许用剪切应力 ,且安全 系数为 34,故安全。 四. 结论: 通过对联轴器的:(1)齿接触应力 (2)弯曲强度 (3)铰孔螺栓的剪切强度 三种计算结果分析,强度方面都满足要求。验证了 12 规 格的基本型鼓形齿联轴器是符合要求的,可以进行大批量生 产。 通过对初选方案(12?规格的基本型鼓形齿联轴器)的强度校核计算分析,验证 了 12规格的基本型鼓形齿联轴器是符合设计要求的。常州工学院 第? 26?页

23、共? 34?页 第五章 CAD/CAM 建模及数控编程 完成上述的机械设计工作后,下一步就是根据图纸进行? CAD?CAM? 工作了。 CAD/CAM 技术对工业界的影响有目共睹,它极大促进了产品质量、生产效益的提高和 设计制造成本的降低,从一定角度来说,它甚至使生产和设计变得生动,大大减少了 人们的重复和烦琐的简单劳动,使人能最大限度地运用自己的头脑来 完成设计和生 产工作,设计的生产为了一种创造艺术品的过程。 当前能进行? CAD/CAM? 工作的软件有很多,这里选用? Unigraphics? NX。?Unigraphics?NX是当今世界上先进的、 高度集成的、 面向制造业的 CAD/

24、CAE/CAM?高 端软件。这里选用 UG建模后,生成刀具轨迹及程序。 5.1 建模、走刀轨迹及程序?1.内齿圈加工程序?O0000?(PROGRAM NAME01)鼓形齿联轴器的设计 第? 27?页 共? 34?页?DATEDO?MM?YY ?25?03?06 TIMEHH:MM?13:43?N100G21?N102G0G17G40G49G80G90?(UNDEFINED?TOOL ?1DIA.?OFF.?LEN.?1DIA.?6.)?N104T1M6?N106?G0G90X?55.218Y?57.948A0.S3000.M3?N108G43H1Z50N110Z0N112G1Z?1.F0N1

25、14X?53.563Y?59.603F1200N116X?53.361Y?59.805?N118X?52.298Y?60.819?N120X?50.687Y?62.241?N768X48.459Y?78.977R89.113?N770?X63.331Y?66.857R89.113?N772?X75.26Y?51.832R89.113?N778?X88.677Y3.219R89.113?N780?X84.999Y22.048R89.113?N782?X77.371Y39.651R89.113?N784?X66.148Y55.211R89.113?N786?X51.851Y68.004R89.113?N788?X35.145Y77.435R89.113?N790X16.0805Y83.067R89.113?N792X.04Y84.67R89.321?N794G0Z50N796M5?N798G91G28Z0N800G28X0.Y0.A0N802M30?%常州工学院 第? 28?页 共? 34?页?2.外齿轴套加工程序?O0000?(PROGRAM NAME02)?DATEDO?MM?YY ?25?03?06 TIMEHH:MM?15:05?N100G21?N102G0G17G40G49G80G90?(UNDEFINED?TOOL ?/0.?1DIA.?12)?N104T1